POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ NAPĘDÓW PRZEMYSŁOWYCH ANALIZA PORÓWNAWCZA STACJI ODPYLANIA

Transkrypt

1 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 1/2012 (94) 61 Janusz Flasza, Politechnika Częstochowska, Częstochowa Dariusz Kazirod, Koksownia Przyjaźń, Dąbrowa Górnicza POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ NAPĘDÓW PRZEMYSŁOWYCH ANALIZA PORÓWNAWCZA STACJI ODPYLANIA IMPROVING ENERGY EFFICIENCY OF INDUSTRIAL DRIVES - COMPARATIVE ANALYSIS OF EXTRACTION STATION Abstract: Industry begins to pay increasing attention to the savings resulting from the rational use of electricity. They have an impact on higher and higher electricity prices. This is due mainly to the introduced limits on carbon dioxide emissions into the atmosphere, which significantly affect production costs and increasing from year to year price of coal which is still the principal fuel of Polish power plants. This article presents a comparative analysis of two twin scrubbing station, upgraded stations No. 1 and No. 2 station working under the old arrangements. 1. Wprowadzenie Racjonalne wykorzystanie energii elektrycznej jest coraz częstszym zagadnieniem poruszanym w zakładach przemysłowych. Jest to reakcja, m.in. na coraz wyŝsze ceny energii elektrycznej związane głównie z wprowadzonymi limitami emisji dwutlenku węgla do atmosfery, które znacząco wpływają na koszty wytwarzania oraz rosnące z roku na rok ceny węgla stanowiącego nadal podstawowe paliwo polskich elektrowni. Elektryczne układy napędowe składające się głównie z silników elektrycznych, układów zasilających, regulacyjnych oraz obciąŝających, takich jak np. pompy czy wentylatory, zuŝywają ok. 40 do 50% energii elektrycznej wyprodukowanej na potrzeby polskiego przemysłu. Zdecydowana większość eksploatowanych aktualnie silników duŝej mocy to wyroby stare, kilkudziesięcioletnie, technicznie przestarzałe, [1]. Jednym ze sposobów na poprawę efektywności energetycznej napędów przemysłowych jest optymalizacja napędów elektrycznych poprzez zastosowanie energooszczędnych silników oraz układów o zmiennej regulacji prędkości obrotowej. 2. Charakterystyka układów napędowych porównywanych stacji Wentylatory stacji nr 1 napędzane są silnikami asynchronicznymi niskiego napięcia Sh400H6Bs, rys. 2.1 o danych znamionowych podanych w tabeli 1. Do zasilania i regulacji obrotów silników zmodernizowanej stacji filtrów workowych wy- korzystuje się przemienniki częstotliwości czołowego producenta światowego o parametrach: moc na wale silnika od 0, kw napięcie zasilania 3 x V napięcie wyjściowe 0-100% napięcia zasilającego częstotliwość wyjściowa 0-132Hz, Hz Tabela 1. Dane znamionowe silnika Sh400H6Bs Moc Obroty Napięcie znam. Prąd znam. 400 kw Rys Silnik Sh400H6Bs, [2] 992 obr/min 400V 714A Współcz. mocy 0,84 Moment znam. 3851Nm Sprawność 96,3

2 62 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 1/2012 (94) Wentylatory stacji nr 2 napędzane są silnikami asynchronicznymi średniego napięcia SZUre- 136r/01 rys. 2.2 o danych znamionowych przedstawionych w tabeli 2: Rys Silnik SZUre-136r/01, [2] Regulacja prędkości odbywa się za pośrednictwem przekształtnika tyrystorowego typu PTK- 07/08/042 wyprodukowanego przez Fabrykę Transformatorów i Aparatury Trakcyjnej w Łodzi - tabela 3. Tabela 2. Dane znamionowe silnika SZUre- 136r/01 Moc: Obroty Napięcie stojana Prąd stojana Napięcie wirnika Prąd wirnika Współczynnik mocy Klasa izolacji Praca Tabela 3. Dane techniczne przekształtnika PTK- 07/08/042 Zestaw tyrystorowo diodowy Napięcie zasil. Tyrystorów Napięcie zasilania diod Moc silnika Prąd zasilania Regulacja obrotów TDK-07/ x400V 50Hz 3x830V 2 50Hz 740kW 630 kw 990 obr/min Uz=6000V I=75A Uz=835V I=480A COSφ=0,87 F S1 545A 1-0,6 obr. nomin. 3. Główne załoŝenia modernizacji Głównymi załoŝeniami modernizacji stacji filtrów workowych było zastąpienie wyeksploatowanych i energochłonnych silników średniego napięcia nowoczesnymi wysokosprawnymi silnikami klatkowymi niskiego napięcia, wycofanie z eksploatacji wysłuŝonej i trudnej w eksploatacji kaskady tyrystorowej oraz uzyskanie wyŝszej sprawności energetycznej układów napędowych, [4]. Stojan silnika asynchronicznego pierścieniowego przyłączony jest do sieci zasilającej poprzez wyłącznik wysokiego napięcia. Do wirnika tego silnika poprzez łącznik ręczny przyłączony jest prostownik trójfazowy diodowy. Szeregowo z prostownikiem połączony jest trójfazowy mostkowy przekształtnik tyrystorowy, który przyłączony jest po stronie prądu przemiennego do sieci zasilającej stojan poprzez transformator. Moc i napięcie transformatora dostosowane jest do parametrów wirnika silnika i zakresu regulacji prędkości obrotowej. Przekształtnik tyrystorowy pracuje jako falownik, a układ zmiany kąta wysterowania tyrystorów sterowany jest układem regulacji, który moŝe pracować w dwóch trybach: w układzie otwartym z ograniczeniem prądu oddawanego na sieć; w układzie zamkniętym ze sprzęŝeniem prądowym i sprzęŝeniem od prędkości obrotowej. Równolegle z prostownikiem diodowym do wirnika poprzez łącznik przyłączone są rezystory, które słuŝą do rozruchu silnika do około 50% prędkości znamionowej oraz do tłumienia przepięć łączeniowych pojawiających się w uzwojeniach wirnika. 4. Techniczno energetyczne efekty modernizacji przedstawionych układów napędowych Jak zaznaczono powyŝej, jednym ze spodziewanych efektów modernizacji napędów stacji filtrów workowych miała być znaczna poprawa efektywności energetycznej układu. Rysunki 4.1, 4.2, 4.3 przedstawiają porównanie energochłonności stacji pracującej w oparciu o stare rozwiązania i zmodernizowanej stacji, gdzie do napędu wykorzystuje się przemienniki częstotliwości, [6].

3 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 1/2012 (94) 63 Tabela. 4. Liczbowe zestawienie łącznej mocy pobranej przez stację nr 2 w okresie od Wentylator Wentylator Wentylator Razem nr 1 nr 2 nr 3 Moc pobrana [kwh] 87208, , , ,00 Tabela 5. Liczbowe zestawienie łącznej mocy pobranej przez stację nr 1 w okresie do Wentylator Razem Wentylator W3 W1 i W2 Moc pobrana [kwh] 7856, , ,0 Tabela 6. Liczbowe zestawienie łącznej mocy pobranej przez stację nr 1 i 2 w okresie od Stacja nr 1 Stacja nr 2 Razem RóŜnica Moc pobrana [kwh] Wentylator W1 Wentylator W2 Wentylator W3 Rys Wykres mocy pobieranej przez wentylatory stacji nr 2 w okresie od Wentylator W3 Wentylatory W1 i W2 Rys Wykres mocy pobieranej przez wentylatory stacji nr 1 w okresie od

4 64 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 1/2012 (94) Ob. 180 Ob. 179 Rys Wykres łącznej mocy pobieranej przez stację nr 1 i stację nr 2 w okresie od r, [2] 5. Podsumowanie Jak wynika z tabeli 6 róŝnica w zuŝyciu energii przez obie stacje wyniosła w badanym okresie ok. 320 MWh. W ujęciu rocznym daje to prawie 4 GWh zaoszczędzonej energii elektrycznej. Przyjmując cenę 1 MWh energii na poziomie 200zł, roczna oszczędność wynosi w przybliŝeniu ok zł. Jako efekt ekonomiczny naleŝy uznać równieŝ fakt, iŝ modernizując stacje nr 1 i wycofując z ruchu energochłonne i wyeksploatowane urządzenia uniknięto kosztownych napraw i przeglądów. Przeliczając uzyskany zysk energetyczny na redukcję emisji dwutlenku węgla do atmosfery przy załoŝeniu, Ŝe podczas wytworzenia 1 kwh energii powstaje w elektrowni węglowej ok. 950g CO 2 osiągane zmniejszenie emisji sięga 3800 Mg/rok CO 2, [5, 6] Zastosowane w opisywanych układach napędowych przemienniki częstotliwości w standardowym wyposaŝeniu posiadają układ mikroprocesorowy nadzorujący praktycznie wszystkie czynności wykonywane przez układ napędowy. Jednym z głównych zadań przemiennika jest zabezpieczenie silnika umoŝliwiające bezpieczną pracę napędu niezaleŝnie od wybranego reŝimu pracy, [3]. Mikroprocesorowy układ nadzorujący przemiennika w sposób ciągły kontroluje najwaŝniejsze parametry tj. prądy silnika, temperaturę uzwojeń, napięcia zasilania itp. W przypadku przekroczenia któregokolwiek z zaprogramowanych progów przemiennik przerywa pracę nie dopuszczając do uszkodzenia silnika. Stosowane przemienniki częstotliwości umoŝliwiają szybką i prostą diagnostykę stanów awaryjnych. Wystąpienie stanu awaryjnego (przeciąŝenie, przekroczenie temperatury, zanik fazy, osłabienie izolacji itp.) spowoduje, Ŝe przemiennik przerywając prace generuje odpowiedni kod informacyjny, za pomocą którego słuŝby eksploatacyjne mogą rozpoznać przyczynę wystąpienia awarii. Jest to rozwiązanie w znaczny sposób skracające czas identyfikacji niesprawności i pozwalające na szybkie przystąpienie do działań mających na celu przywrócenie pełnej gotowości układu napędowego. Do niewątpliwych technicznych efektów modernizacji naleŝy zaliczyć równieŝ: bardzo łatwy rozruch napędów, płynną regulację w pełnym zakresie obrotów, eliminację udarów prądowych i mechanicznych, znakomitą dynamikę układów regulacji, moŝliwość wykorzystania komputera PC i/lub sterownika PLC do sterowania i wizualizacji pracy napędu, moŝliwość zastosowania tańszych silników klatkowych, zmniejszenie zuŝycia mechanicznego, doskonałe zabezpieczenie silnika, uzyskanie wysokiej sprawności układu napędowego. łatwa diagnostyka 6. Literatura [1]. Flasza J.: Współczesny napęd elektryczny kierunki badań energooszczędności w układach napędowych, Wybrane Zagadnienie Elektrotechniki i Elektroniki WZEE 2003, Częstochowa-Poraj, wrzesień 2003.

5 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 1/2012 (94) 65 [2]. Dane raportowe i pomiarowe, własność Koksownia Przyjaźń Sp. z o.o., [3]. Buysee P. (Wielka Brytania). Silniki elektryczne i napędy - wyzwania dla działań globalnych, (Electric engines and drives - challenge for global workings), [4]. Świątkowski E.: Silniki energooszczędne wg przepisów amerykańskich NEMA i kanadyjskich CSA. Zeszyty Problemowe - Maszyny Elektryczne BOBRME Komel nr 46/1993. [5]. Kaźmierkowski M. P, Nowoczesne energooszczędne układy sterowania i regulacji napędów z silnikami indukcyjnymi klatkowymi. Polski Program Efektywnego Wykorzystania Energii w Napędach Elektrycznych. PEMP, Krajowa Agencja Poszanowania Energii S A, Wydanie I, Warszawa, [6]. Kazirod D., Czenczek P.: Analiza zasadności zastępowania w Koksowni Przyjaźń Sp z o.o. energochłonnych układów napędowych nowoczesnymi opartymi o przemienniki częstotliwości. AGH, Wydział Energetyki i Paliw, Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla. Kraków Praca zrealizowana w ramach z zakresu Nowoczesnych metod zarządzania i technologii w koksownictwie. Autorzy dr inŝ. Janusz FLASZA, Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny Częstochowa, Al. Armii Krajowej 17 fje@el.pcz.czest.pl mgr inŝ. Dariusz Kazirod Koksownia Przyjaźń Sp. z o.o. Wydział Utrzymania Ruchu Dąbrowa Górnicza, ul. Koksownicza 1 d.kazirod@przyjazn.com.pl